本實用新型涉及一種光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置及其測試方法，屬于新能源利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著新能源的發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是部分光伏電站在運行3～4年甚至更短時間后會出現(xiàn)發(fā)電量明顯下降的現(xiàn)象，在高溫高濕的地區(qū)這種現(xiàn)象尤為明顯。

電位誘發(fā)衰減(PID)，最早由Sunpower公司在2005年發(fā)現(xiàn)。PID是指在長期高電壓作用下，使玻璃、封裝材料之間存在漏電流，導(dǎo)致組件性能低于設(shè)計標準。美國可再生能源試驗室和Solon公司研究發(fā)現(xiàn)P型晶硅電池片制備組建在負偏壓下均存在PID現(xiàn)象。PID現(xiàn)象可使單塊組件功率衰減50％以上。大量研究表明在高溫、高濕和高鹽堿地區(qū)和沿海地區(qū)組件的功率衰減最為嚴重，除外部環(huán)境因素外，造成組件PID現(xiàn)象的原因主要有3個方面：系統(tǒng)方面、組件方面和電池片方面。光伏電站中的組件邊框與組件內(nèi)部的電勢差引起的組件PID現(xiàn)象已被行業(yè)所公認。PID效應(yīng)會引起光伏組件功率衰減，導(dǎo)致光伏電站發(fā)電量大幅下降，造成極大經(jīng)濟損失，因此消除電站組件的PID效應(yīng)對光伏產(chǎn)業(yè)來說意義重大。

針對引發(fā)電位誘發(fā)衰減的原因，對于未建設(shè)的光伏電站，一般采用能抗PID的材料和工藝來降低組件出現(xiàn)PID現(xiàn)象的風險，而另外采用組件負極接地這種形式也具有一定的局限性，因為首先并網(wǎng)逆變器直流輸入端必須具備負極接地的功能，其次如果系統(tǒng)采用的并網(wǎng)逆變器是非隔離型的，組件陣列和電網(wǎng)間沒有電氣隔離，那么光伏并網(wǎng)逆變器工作時系統(tǒng)會出現(xiàn)漏電流的危險，觸發(fā)漏電保護功能；而且組件負極接地時，有可能引發(fā)直流側(cè)漏電，因而這種方式必須增加額外的漏電檢測以及保護裝置來防止此危險。

對于已建成的光伏電站如果出現(xiàn)了PID現(xiàn)象，一般需要更換功率衰減嚴重的組件，或者需要采用電池陣列負極接地措施來去除偏置電壓這個誘因。這兩個措施都需要對系統(tǒng)進行大范圍的改造，如采用耐壓更高的直流配電線纜、增加漏電保護裝置甚至要更換并網(wǎng)逆變器，這需要極大的改造成本。

中國專利CN 103795341 A公開了一種光伏組件抗PID衰減的測試方法，首先構(gòu)建一個用于測試光伏組件抗PID衰減的氣候室，并在氣候室中對光伏組件PID衰減的環(huán)境條件進行強化模擬，提高光伏組件的PID衰減速率；利用光伏組件PID衰減前后的功率變化計算出光伏組件抗PID衰減的能力。中國專利CN 204794877 U公開了一種PID效應(yīng)抑制器，包括用于向太陽能電池板的PV電壓、輸出電壓以及輸出電流的采樣處理電路，所述采樣處理電路與運算控制電路連接，運算控制電路通過光耦隔離電路電壓加載控制電路連接。

上述兩篇專利中都未涉及對光伏電站中PID效應(yīng)的監(jiān)測，且未給出PID裝置的結(jié)構(gòu)細節(jié)及實現(xiàn)方式。目前，還未有針對光伏電站中組串上使用能夠監(jiān)測并抑制PID效應(yīng)的裝置的相關(guān)公開文獻，市場上也還未有此類產(chǎn)品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是如何對光伏電站的PID效應(yīng)進行監(jiān)測和抑制，從而及時抑制電站的PID效應(yīng)，避免電站因PID效應(yīng)出現(xiàn)損失。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是提供一種光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置，光伏電站包括光伏組串和電池模塊，其特征在于，所述裝置包括：

用于控制光伏組串對電池模塊進行充電的充電控制模塊；

用于出現(xiàn)電位誘發(fā)衰減效應(yīng)時，控制電池模塊對光伏組串施加反向電壓的放電控制模塊；

用于采集光伏組串的輸出正極電壓、輸出負極電壓、接地處電壓及電池模塊的電量狀況的數(shù)據(jù)采集模塊；

用于采集系統(tǒng)當前時間的時鐘模塊；

用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊及時鐘模塊所采集的數(shù)據(jù)，進行分析處理，進而控制充電控制模塊和放電控制模塊的啟停工作的控制運算處理模塊。

優(yōu)選地，所述光伏組串和電池模塊均連接充電控制模塊、放電控制模塊，光伏組串還連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘模塊、電池模塊均連接控制運算處理模塊，控制運算處理模塊還連接充電控制模塊和放電控制模塊。

優(yōu)選地，所述控制運算處理模塊為DSP控制板。

優(yōu)選地，所述光伏組串的輸出正、負極通過開關(guān)K1連接充電控制模塊，充電控制模塊通過開關(guān)K3連接電池模塊；光伏組串的輸出負極和接地極通過開關(guān)K2連接放電控制模塊，放電控制模塊通過開關(guān)K4連接電池模塊；數(shù)據(jù)采集模塊連接光伏組串的輸出正、負極，接地極，及電池模塊；控制運算處理模塊連接數(shù)據(jù)采集模塊、電池模塊、開關(guān)K1、開關(guān)K2、開關(guān)K3、開關(guān)K4及時鐘模塊。

優(yōu)選地，所述開關(guān)K1與開關(guān)K2采用時間控制的連鎖開關(guān)元器件連接，實現(xiàn)連鎖控制；夜間時，K1斷開，K2閉合；白天時，K2斷開，K1閉合。

優(yōu)選地，所述充電控制模塊為降壓充電電路，包括MOSFET管Q1，MOSFET管Q1源極連接開關(guān)K1輸出端正極，MOSFET管Q1漏極連接二極管D1負極和電感L1一端，電感L1另一端連接電容C1一端和開關(guān)K3輸入端正極，電容C1另一端連接開關(guān)K3輸入端負極、二極管D1正極和開關(guān)K1輸出端負極；開關(guān)K1的輸入端正、負極分別連接光伏組串的輸出正、負極；開關(guān)K3的輸出端正、負極分別連接電池模塊的正、負極。

優(yōu)選地，所述放電控制模塊為升壓變換電路，包括電容C2，電容C2一端連接開關(guān)K2輸出端負極、IGBT管Q2的集電極和開關(guān)K4的輸入端負極，電容C2另一端連接開關(guān)K2的輸出端正極和二極管D2的負極，二極管D2的正極連接IGBT管Q2的發(fā)射極和電感L2一端，電感L2另一端連接開關(guān)K4的輸入端正極；開關(guān)K2的輸入端正、負極分別連接光伏組串的輸出負極PV-和接地處PE，開關(guān)K4的輸處端正、負極分別連接電池模塊的正、負極。

本實用新型還提供了一種光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的方法，其特征在于：采用上述的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置，步驟為：

數(shù)據(jù)采集模塊實時采集光伏組串的輸出正極電壓、輸出負極電壓、接地處電壓及電池模塊的電量狀況，并發(fā)送給控制運算處理模塊；時鐘模塊實時采集系統(tǒng)的當前時間，并發(fā)送給控制運算處理模塊；

若當前時間為夜間，則光伏組串理論上不產(chǎn)生電壓，充電控制模塊不工作；若此時光伏組串的輸出負極與接地處之間的電壓差超過設(shè)定的PID水平監(jiān)控限值時，則認為光伏電站存在PID效應(yīng)，此時通過放電控制模塊對光伏組串施加反向電壓進行修復(fù)，抑制PID效應(yīng)；

若當前時間為白天，則光伏組串發(fā)電并產(chǎn)生電壓，放電控制模塊不工作；若此時光伏組串的輸出正極與輸出負極之間的電壓差處于電池模塊的充電范圍，且電池模塊的電量處于未充滿狀態(tài)時，開啟充電控制模塊，對電池模塊進行充電；數(shù)據(jù)采集模塊對電池模塊的電量進行實時監(jiān)控，當電池模塊充滿時，停止充電。

優(yōu)選地，確定當前時間為夜間或白天的方法如下：設(shè)定一段時間范圍為夜間，通過時鐘模塊采集系統(tǒng)的當前時間，將采集的時間與設(shè)定的時間范圍進行對比，若采集的時間在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，則認為是在夜間，否則為白天。

優(yōu)選地，所述通過放電控制模塊對光伏組串施加反向電壓進行修復(fù)的方法如下：放電控制模塊對光伏組串施加反向電壓設(shè)定時間后，關(guān)閉放電控制模塊，重新采集光伏組串的輸出負極與接地處之間的電壓差，如果仍大于PID水平監(jiān)控限值，則重新開啟放電控制模塊，對光伏組件施加方向電壓進行修復(fù)；重復(fù)上述操作，直至光伏組串的輸出負極與接地處之間的電壓差低于或等于PID水平監(jiān)控限值，則放電控制模塊保持關(guān)閉狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置具有如下有益效果：

1、本裝置具有監(jiān)控PID水平的功能，能夠及時監(jiān)測電站中PID水平，并且可以通過自行設(shè)定裝置的參數(shù)值來實現(xiàn)對電站的監(jiān)控。通過對電站的PID監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)電站存在的問題，并針對組串PID效應(yīng)進行修復(fù)。避免電站等到發(fā)現(xiàn)發(fā)電效率已實際降低、影響收益后，再采用抑制裝置。

2、本裝置采用鋰電池充電放電，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適應(yīng)各類電站。對于已經(jīng)建成的電站，不同的電站因各種原因，其布局連接方式等都存在著差異。若裝置從電站的并網(wǎng)點取點，那么可能需要較長的取電用線，增加安裝成本。而采用本裝置可以在不更改任何回路的情況下最大程度的實現(xiàn)對PID效應(yīng)的防治。適用的范圍廣，成本更低。對于在建電站，相比采用高性能的封裝材料來阻止PID效應(yīng)的方案，此裝置的成本更低。而相比采用PV負母線接地來抑制PID效應(yīng)的方案，本裝置不但可適用于隔離型光伏系統(tǒng)，也適用于非隔離型的光伏系統(tǒng)，使用范圍廣，且安全性更高。

3、本裝置采用對光伏組串進行補償恢復(fù)，能夠進行最優(yōu)化的補償。即在光伏電站中，各個組串的使用的光伏組件存在著一定的差異，在使用一段時間后，各個組串的PID效應(yīng)也不盡相同，通過對各個組串的實際情況進行監(jiān)控后補償，能最大程度上實現(xiàn)優(yōu)化，并可以分析各個組串出現(xiàn)PID效應(yīng)的情況及出現(xiàn)的時間，能盡早發(fā)現(xiàn)光伏組串中存在的問題以便處理。

附圖說明

圖1為本實施例提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實施例提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置工作流程圖；

圖3為本實施例提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置工作原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

圖1為本實施例提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置結(jié)構(gòu)框圖，所述的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置主要由以下幾部分組成：充電控制模塊、放電控制模塊、時鐘模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制運算處理模塊、電池模塊等。光伏組串和電池模塊均連接充電控制模塊、放電控制模塊，光伏組串還連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘模塊、電池模塊均連接控制運算處理模塊，控制運算處理模塊連接充電控制模塊和放電控制模塊。通過控制運算處理模塊實現(xiàn)對PID效應(yīng)的監(jiān)測及抑制，電池模塊為控制運算處理模塊供電。

數(shù)據(jù)采集模塊實時采集光伏組串的輸出正極PV+電壓、輸出負極PV-電壓、接地處PE電壓及電池模塊的電量狀況，并發(fā)送給控制運算處理模塊。

時鐘模塊獲取系統(tǒng)的當前時間，并發(fā)送給控制運算處理模塊。

控制運算處理模塊采用DSP控制板，實現(xiàn)系統(tǒng)的分析運算，進而控制各模塊的啟動和關(guān)閉。

結(jié)合圖2，若當前時間為夜間，則光伏組串理論上不產(chǎn)生電壓，充電控制模塊不工作。若此時光伏組串的輸出負極PV-與接地處PE之間的電壓差超過設(shè)定的PID水平監(jiān)控限值時，則認為光伏電站存在PID效應(yīng)，此時通過放電控制模塊對光伏組串施加反向電壓進行修復(fù)，抑制PID效應(yīng)。

若當前時間為白天，則光伏組串發(fā)電并產(chǎn)生電壓，放電控制模塊不工作。若此時光伏組串的輸出正極PV+與輸出負極PV-之間電壓差適合于電池模塊的充電范圍，且電池模塊的電量處于未充滿狀態(tài)時，通過充電控制模塊對電池模塊進行充電。數(shù)據(jù)采集模塊對電池模塊的電量進行實時監(jiān)控，當電池模塊充滿時，停止充電。

確定當前時間為夜間或白天的方法如下：設(shè)定一段時間范圍為夜間，通過時鐘模塊獲取系統(tǒng)的當前時間，將獲取的時間與設(shè)定的時間范圍進行對比，若獲取的時間在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，則認為是在夜間，否則為白天。

結(jié)合圖3，本實施例提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置主要應(yīng)用于光伏電站，可以將裝置接入光伏組串的匯流裝置處，如圖3所示，PV+接入?yún)R流裝置的正極，PV-接入?yún)R流裝置的負極，PE接入組件外框接地處。

光伏組串的輸出正、負極通過開關(guān)K1連接充電控制模塊，充電控制模塊通過開關(guān)K3連接電池模塊；光伏組串的輸出負極和接地極通過開關(guān)K2連接放電控制模塊，放電控制模塊通過開關(guān)K4連接電池模塊；數(shù)據(jù)采集模塊連接光伏組串的輸出正、負極，接地極，及電池模塊；控制運算處理模塊連接數(shù)據(jù)采集模塊、電池模塊、開關(guān)K1、開關(guān)K2、開關(guān)K3、開關(guān)K4及時鐘模塊。

開關(guān)K1與開關(guān)K2采用精準時間控制的連鎖開關(guān)元器件連接，實現(xiàn)連鎖控制。夜間時，K1斷開，K2閉合；白天時，K2斷開，K1閉合。

充電控制模塊為降壓充電電路，包括MOSFET管Q1，MOSFET管Q1源極連接開關(guān)K1輸出端正極，MOSFET管Q1漏極連接二極管D1負極和電感L1一端，電感L1另一端連接電容C1一端和開關(guān)K3輸入端正極，電容C1另一端連接開關(guān)K3輸入端負極、二極管D1正極和開關(guān)K1輸出端負極；開關(guān)K1的輸入端正、負極分別連接光伏組串的輸出正、負極；開關(guān)K3的輸出端正、負極分別連接電池模塊的正、負極。

充電控制模塊中，二極管D1起續(xù)流作用，在MOSFET管Q1關(guān)斷時為電感L1的電流提供續(xù)流作用，電感L1用于能量傳遞，電容C1為濾波電容。

放電控制模塊為升壓變換電路(boost)，包括電容C2，電容C2一端連接開關(guān)K2輸出端負極、IGBT管Q2的集電極和開關(guān)K4的輸入端負極，電容C2另一端連接開關(guān)K2的輸出端正極和二極管D2的負極，二極管D2的正極連接IGBT管Q2的發(fā)射極和電感L2一端，電感L2另一端連接開關(guān)K4的輸入端正極；開關(guān)K2的輸入端正、負極分別連接光伏組串的輸出負極PV-和接地處PE，開關(guān)K4的輸處端正、負極分別連接電池模塊的正、負極。

放電控制模塊中，二極管D2起續(xù)流作用，在IGBT管Q2關(guān)斷時為電感L2的電流提供續(xù)流作用，電感L2用于能量傳遞，電容C2為濾波電容。

啟動裝置后，第一步需要對系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)定，包括時間范圍參數(shù)、PID水平監(jiān)控限值等。依據(jù)以往的監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及光伏電站所處的地理位置或系統(tǒng)特性等進行設(shè)定。

然后，對電站的PID情況進行監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集模塊對光伏電站進行數(shù)據(jù)采集，包括光伏組串的輸出正極PV+電壓、輸出負極PV-電壓、接地處PE電壓及電池模塊的電量狀況。數(shù)據(jù)采集完成后，通過時鐘模塊獲取系統(tǒng)時間。

若在夜間，則光伏組串理論上不產(chǎn)生電，裝置的開關(guān)K1斷開，開關(guān)K2閉合，且開關(guān)K3斷開。將采集到的輸出負極PV-與接地處PE之間的電壓差與系統(tǒng)設(shè)定的PID水平監(jiān)控限值進行比較：若低于PID水平監(jiān)控限值，則認為光伏電站無PID效應(yīng)，開關(guān)K4斷開；若高于PID水平監(jiān)控限值，則認為光伏電站組建存在PID效應(yīng)，開關(guān)K4閉合，放電控制模塊啟動，對光伏組串施加方向電壓進行修復(fù)。加壓1小時后，開關(guān)K4斷開，重新采集輸出負極PV-與接地處PE之間的電壓差，如果仍大于PID水平監(jiān)控限值，則開關(guān)K4重新閉合，對光伏組件施加方向電壓進行修復(fù)；若已低于或等于PID水平監(jiān)控限值，則開關(guān)K4保持斷開狀態(tài)。

若在白天，光伏組串發(fā)電并產(chǎn)生電壓，開關(guān)K1閉合，開關(guān)K2斷開，且開關(guān)K4斷開?？刂七\算處理模塊分析實際采集到的光伏組串的輸出正極PV+電壓、輸出負極PV-電壓，若光伏組串的電壓值適合于電池模塊充電范圍，且數(shù)據(jù)采集模塊采集到的電池數(shù)據(jù)表明電池電量為未充滿狀態(tài)時，開關(guān)K3閉合，光伏組串通過充電控制模塊對電池模塊進行充電。數(shù)據(jù)采集模塊對電池的電量進行實時監(jiān)控，當電池顯示充滿狀態(tài)時，開關(guān)K3斷開。

本實用新型根據(jù)電離可逆原理，在夜間對組件進行PID的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測到的情況，通過在組件電極和邊框之間施加直流電壓來修復(fù)電離的方法，在不影響系統(tǒng)發(fā)電的前提下，達到修復(fù)組件PID的目的。通過一系列的實驗證明，利用本實施例提供的光伏電站用監(jiān)測并抑制電位誘發(fā)衰減效應(yīng)的裝置，可以使出現(xiàn)PID現(xiàn)象的組件恢復(fù)正常。